科學與音樂融合教學的設計與實踐

科學課程標準提出，應設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互聯系，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求。在小學科學教學中實施跨學科主題學習，將科學與音樂巧妙結合，不僅可以活躍課堂氛圍，更能讓學生在熟悉的場景中學習科學，促進其學科素養的提升。

一、教學分析

1.理解跨學科內涵，確立融合方向

跨學科學習是在回答問題、解決問題、處理問題的過程中，根據問題的寬泛性和復雜性，以整合見解、構建更加全面的認識為目的、多門學科相融合的教學活動?？鐚W科并非將多學科簡單地混雜在一起，而是多學科思想、方法的整合。[1]基于跨學科主題學習的教學設計，要對科學教材深入分析，把握教學中需要解決問題的本質，發現學科間的內在聯系，對多學科進行有效整合，加強學科貫通，提高教學的有效性。

科學學習注重與生活緊密聯系，真實生活中沒有明確的學科分割，不同學科都是事物組成的一個分支，學生對于事物的認識也是綜合的、復雜的。將同一事物包含的不同學科進行整合的教學方法，符合學生的認知規律，是跨學科主題學習的有效實施方向。四年級“聲音”單元，包含了聲音的產生、傳播與變化等科學知識，涵蓋了通過分析、比較、歸納等思維方法解決科學問題，同時也對標音樂中“以美育人、藝術體驗”的課程理念，因此，本單元宜采用跨學科主題教學。

2.基于課程標準，確定主題內容

科學課程標準立足學科教育現狀，提出要激發學生的學習動機，加強探究實踐的理念，認識科學本質及規律；倡導設計學生喜聞樂見的科學活動，創設愉快的教學氛圍。“聲音的變化”主題學習是科學與音樂緊密相關的主題課程，利用樂器演奏創設良好的學習情境，使學生在愉快氛圍的助力下提升科學學習熱情，產生探究“聲音的產生與變化”的內在動機，多維度培養他們的核心素養。

科學課程標準的相關要求是，舉例說明聲音因物體振動而產生，知道聲音有高低和強弱之分，聲音高低和強弱的變化由于振動的變化引起的，制作能產生不同高低、強弱的聲音簡易裝置。

藝術課程標準中也提到，注重藝術與其他學科的聯系，提出了審美感知、文化理解、藝術表現、創意實踐四方面的核心發展要求，其中創意實踐就是綜合運用多學科知識，緊密聯系現實生活進行藝術創作和實際應用的能力。音樂學科課程內容中提出，學生要對音樂及其他各種聲音進行探索，綜合運用所學知識、技能和創造性思維，開展即興表演和音樂編創活動?！奥曇舻淖兓敝黝}學習中，學生感受音樂的美妙，探究聲音變化的本質原因，將音樂與科學巧妙地融合在一起，形成跨學科主題教學活動。同時，“創編與展示”的學業要求也對本主題中的“設計與制作樂器”起到指導作用。學生利用在科學課上學習的聲音變化的規律設計并利用身邊材料制作樂器，使自制樂器能發出音調高低不同的聲音，并結合聲音強弱產生的方式演奏自制樂器，在音樂課上演奏《春天的聲音》。

“聲音的變化”主題學習是基于“聲音”單元展開設計的，分為4個課時完成，分別是《聲音的產生》《聲音的強弱變化》《聲音的高低變化》《設計和制作樂器》。

二、《聲音的產生》教學

課堂導入用時雖短，但創設良好的學習情境能快速點燃學生的學習熱情，激發他們的學習內驅力，迅速集中他們的注意力，從而提高課堂教學效率。為此，教師可以在教學前精心策劃，采用跨學科的方式進行新課導入，給學生帶來耳目一新的感覺，調動他們的學習熱情。[2]在“聲音的變化”主題學習中，每課時的導入都讓學生現場演奏樂器，從音樂的角度欣賞聲音，再從科學的角度探究聲音的本質，從而使學生在熟悉、愉快的氛圍中進入科學學習，這樣可以充分利用他們的好奇心，激發他們的探究欲，推動科學探究活動的展開。

導入環節中樂器的選擇，要貼合科學課研究的問題，要選擇操作簡單、利于學生發現現象、能讓他們快速抓住現象本質的樂器（見表1）。課堂導入與樂器演奏相結合，激發了學生的學習熱情，大幅提高注意力，對后續科學探究起到了積極促進的作用。同時，其他沒有參與演奏的學生也能夠結合自己的演奏經驗，分析科學問題，提出相應猜想，提高參與度。

本課時安排了3個活動：①通過觸摸正在發聲的鼓、鑼、尤克里里、口琴，初步感受到發聲物體在振動；②利用輕小的豆子、乒乓球、水等放大鼓面、音叉的振動現象，從而確定發聲的物體的確正在振動；③嘗試讓鑼、音叉、琴弦停止振動，發現聲音立即停止，說明振動停止，聲音也消失了。

根據以往的教學經驗，只展示一種樂器，演奏方式單一，學生容易將演奏動作當成聲音產生的原因，無法抓住聲音產生的本質原因?？茖W學習的基本要求之一便是認識事物的本質即抓住現象本質。為解決這個問題，教師讓學生用敲、彈、吹三種方式現場演奏鼓、鑼、尤克里里、口琴，這樣他們就不會將演奏的動作當成聲音產生的原因，繼而尋找聲音產生的本質，產生探究欲。

學生結合科學課常用的發聲儀器音叉、鋼尺、皮筋繼續探究，通過手觸摸的直接觀察法，進一步感受到物體發聲的同時在振動。有學生提出，看著沒有什么變化，只有用手摸的時候才能感覺到，要是直接能看見振動就好了。通過討論學生發現，可以使用輕小物體或者有一點振動就能看見的物質來放大振動現象。例如，擊鼓發聲時，可以放一些輕小的豆子，看看敲擊鼓面以后豆子會不會由于振動而彈起來。使用音叉研究時，可以把敲擊后的音叉插入水中，看看水面有沒有波動現象；可以把音叉一部分放入水面以下固定住，敲擊音叉露出水面的部分，觀察水面現象；還可以把乒乓球掛在音叉旁邊，觀察乒乓球被彈起的現象等。這些借助物體間接觀察的方法，使學生更容易發現振動現象，提升了他們的解決問題能力。而后，學生實驗時發現，用手握住正在振動的鑼，振動停止，聲音也立即停止了。又用同樣的方法驗證了其他鼓和音叉，他們進而總結出“聲音是由物體振動產生的”。

通過用手觸摸的方法使沒有演奏經驗的學生感受到了發聲的樂器正在振動，這是一種新奇的體驗。在交流環節中，他們更愿意表達自己的感受，使用樂器探究科學問題，使交流更積極、更充分。

三、《聲音的強弱變化》教學

本課時安排了兩個活動：①使鼓和鑼發出強弱不同的聲音，用手初步感知振動幅度；②利用鋼尺、皮筋發出強弱不同的聲音，用肉眼觀察振動幅度。

使用不同的力度敲擊鼓和鑼，使它發出強弱不同的聲音，讓學生聚焦本課研究主題——聲音的強弱變化。學生體驗如何使鼓和鑼發出強弱不同的聲音，用手初步感受到：大力敲擊時，振動感較強，輕輕敲擊時，振動感較弱，但是看不見振動幅度，可以借助鋼尺、皮筋繼續觀察。

通過豆子放大鼓面振動現象的活動，學生看見豆子彈起的高度超乎自己的預期，興奮不已，從而想要更多的體驗——用不同的力控制鼓面振動，控制豆子彈起的高度。利用樂器探究，學生在實驗中產生了更多體驗，提升了課堂參與度。

四、《聲音的高低變化》教學

本課時安排了3個活動：①利用尤克里里和迷你編鐘發出高低不同的聲音，并猜想聲音的高低可能與什么有關；②利用皮筋、鋼尺探究知道聲音的高低變化與琴弦長短、粗細、松緊有關，與編鐘大小有關，嘗試總結振動現象；③利用自制教具畫出振動軌跡，分析軌跡從而總結聲音的高低變化與振動快慢的關系。

1.前測

本課使用自制教具畫振動軌跡，是因為在前測中發現學生對于畫出振動有部分類似“聲波”的形象出現，這表明他們對聲波有一定的理解、分析能力。

前測問題1“你認為聲音的高低變化與什么有關？解釋一下你寫的詞”，只有43%的學生能夠寫出一些與聲音高低的相關因素，如物體面積、大小、長短、材質等表象原因。這說明大部分學生不知道聲音的高低變化與振動快慢相關，教師課堂上應該多引導他們關注振動情況（如圖1）。

前測問題2是“怎樣能讓皮筋發出更高的高音”，考慮到對于概念性問題學生可能很難準確表述自己的想法，教師設計了操作性問題供他們選擇。通過這個問題可以看出，有58%的學生能寫出一些相對準確的表述，如把皮筋拉長、拉緊等描述（如圖2）。學生對于聲音高低不同的認識只有“皮筋松緊”這一因素，對于長短、粗細這兩個因素沒有相關思考。由此，在課堂上教師要引導學生充分猜想，并結合樂曲加深他們對聲音高低變化的分析，促進生生間的交流。

前測問題3“你能用筆畫出下面兩個聲音的振動嗎？分別敲擊大號燒杯和小號燒杯，畫出這兩個聲音的振動”，有56%的同學回答了這個問題，其中有75%的學生畫出了類似聲波的線條表示振動（如圖3）。這說明學生潛意識里是有聲波這樣的形象存在的，利用振動軌跡分析振動特點，對學生抓住現象本質可以起到促進作用。

2.自制教具

在一般教學中，通常改變皮筋的長短、粗細、松緊這些因素制造出高低不同的聲音，學生很容易猜想出這些表象原因與音調高低的關系，缺乏對振動的關注。他們即便關注到振動的快慢，也只能靠人眼的對比判斷振動的快慢，不夠嚴謹?；谝陨戏治?，本課設計希望能幫助學生認識聲音高低變化的本質，也就是“振動快慢”，并且能夠使用排除人眼誤差的方法將振動情況呈現出來。由此，教師設計了相應的教具來幫助學生抓住聲音變化過程中的振動情況（如圖4）。

皮筋穿過泡沫小球，使小球固定在皮筋上，提前將顏料涂滿小球，相當于給皮筋一支筆，把皮筋兩端打結掛在固定掛鉤上。記錄單上中線標識與皮筋重合，下端刻度是皮筋拉動位置的參考標線。松開皮筋同時勻速下拉記錄單，能畫出皮筋振動時某一點的振動軌跡，這樣就能通過分析軌跡圖發現振動快慢的本質。用這個小裝置記錄振動的軌跡，能培養學生關注現象本質的意識，對比聲音高低不同時的振動軌跡，歸納出“聲音的高低變化是由振動快慢產生的”。

3.簡要教學過程

通過欣賞一段尤克里里、迷你編鐘演奏的音樂，明確聲音有高低的變化，聚焦本課重點。學生交流猜想，認為聲音的高低與琴弦的粗細、松緊、長短以及編鐘的大小有關。教師出示實驗材料，學生自主選擇，并開展實驗。其中，橡皮筋（細的1根、粗的2根）模擬琴弦，鋼尺伸出桌面的長短模擬編鐘的大小不同。

實驗發現，多種方法都能影響聲音高低的變化，我們用肉眼觀察并判斷是振動快慢制造了高低不同的聲音，但判斷不完全準確，每個人的判斷標準也不一樣，想要得到更準確的證據就要想辦法看清振動軌跡，繼續研究。

使用長短不同的兩根皮筋，掛在相同距離的掛鉤上，可以研究琴弦松緊不同產生高低不同的聲音時的振動情況，同時用藍、紅顏色作為區分（如圖5）。

通過對比振動軌跡，發現聲音低的皮筋振動得慢，聲音高的皮筋振動得快。至此，學生借助教具找到了聲音高低變化的本質原因，他們的分析、歸納等思維能力也得到相應發展。

五、《設計和制作樂器》教學

科學課程標準倡導設立跨學科主題學習活動，促進學科間的相互聯系。基于此，教師可以積極組織學生開展跨學科實踐活動，強化他們的跨學科學習體驗，提升他們的學科核心素養。[3]

學生根據前3課時的學習，已經掌握了聲音產生與變化的原理，知道有哪些因素能夠改變聲音的強弱與高低，也掌握了一些基本的操作方法，能自主設計制作發出高低不同聲音的小樂器。

學生用皮筋模擬弦樂，用給皮筋打結的方式使其撐在小盒子上制造出松緊不同的琴弦；用兩個同樣的塑料小盒，里邊裝入不同大小的顆粒，從而實現聲音的高低不同；還可以改變盒子的材質，使用金屬盒和塑料盒，搖晃產生高低不同的聲音；敲擊不同大小的容器從而產生高低不同的聲音；等等（如圖6）。

學生使用自己設計制作的小樂器在音樂課上跟隨音樂教師一起為春天配樂。本主題學習是以樂器演奏起始，學生使用科學的方法探究后知道了聲音背后的原理，基于所學知識制造產生不同聲音變化的樂器，體現了本次跨學科學習“從音樂中來，到音樂中去”的理念。

小結

科學和音樂學科的跨學科主題教學與傳統的教學相比取得了更好的效果。在實踐中使用樂器，使學生有了新的觸覺體驗，激起了探究欲、強化了探究意識，參與程度更高、目的性更強，在總結、歸納時有了更多的證據支持。通過開展跨學科主題學習方式優化教學設計，加強了學科之間的促進與融合，發展了學生的科學思維，提升了他們的核心素養。

[課題：人民教育出版社課程教材研究所“十四五”課題“小學科學跨學科學習及教材呈現研究”，批準號：KC2022-32]

（作者單位：北京市西城區復興門外第一小學）

參考文獻

[1]田娟，孫振東.跨學科教學的誤區及理性回歸[J].中國教育學刊，2019（04）.

[2]任學寶.跨學科主題教學的內涵、困境與突破[J].課程·教材·教法，2022（04）.

[3]陳肖穎，徐宸蔚.跨學科教學的有效開展——評《跨學科教育原理》[J].中國教育學刊，2023（03）.